(57)【要約】      （修正有）【課題】パウダー状やグラニュール状にした封止材料のブロッキングを抑制することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、および無機充填剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、無機充填剤の含有量が半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して１〜８９質量％の範囲内であり、エポキシ樹脂として、下記式（I）：2013221044.tif 000005で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を含有し、パウダー状またはグラニュール状である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、および無機充填剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記無機充填剤の含有量が前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して１〜８９質量％の範囲内であり、前記エポキシ樹脂として、下記式（I）：
【化１】
2013221044.tif 000004
（式中、Ｒ1は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜１０の炭化水素基を示し、繰り返し単位中の２つのＲ１のうち少なくとも１つは炭素数１〜１０の炭化水素基である。ｎは０〜１０の整数である。）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を含有し、パウダー状またはグラニュール状であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路などの半導体素子は、これを外部環境から保護して各種の信頼性を確保し、かつ、マザーボードなどの基板への実装を容易にするためパッケージが必要である。パッケージには種々の形態があるが、一般には低圧トランスファ成形法で封止したパッケージが広く用いられている。
【０００３】
このパッケージの封止材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般に用いられているが、近年では生産性、コストなどの面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂組成物が封止材料として広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂組成物は電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性のバランスが良く、経済性と性能とのバランスにも優れている点などが挙げられる。
【０００４】
従来、このようなエポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂と、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂硬化剤と、溶融シリカなどの無機充填剤とを配合したものが一般に用いられている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１３０８７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなエポキシ樹脂組成物の封止材料は、低圧トランスファ成形法などで成形する際には、まずパウダー状やグラニュール状に調製される。
【０００７】
そして無機充填剤量が少ない封止材料では、パウダー状やグラニュール状にした時にブロッキングの問題が発生し、取扱い性、樹脂撒き性に難点があり、半導体装置の生産性が低下するという問題点があった。
【０００８】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、パウダー状やグラニュール状にした封止材料のブロッキングを抑制することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、および無機充填剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、無機充填剤の含有量が半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して１〜８９質量％の範囲内であり、エポキシ樹脂として、下記式（I）：
【化１】
2013221044.tif 000002
（式中、Ｒ1は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜１０の炭化水素基を示し、繰り返し単位中の２つのＲ１のうち少なくとも１つは炭素数１〜１０の炭化水素基である。ｎは０〜１０の整数である。）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を含有し、パウダー状またはグラニュール状であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置は、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置によれば、パウダー状やグラニュール状にした封止材料のブロッキングを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００１３】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂として、上記式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を含有する。この式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を用いることで、ブロッキングを抑制することができる。
【００１４】
式（I）中、Ｒ1は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜１０の炭化水素基を示し、繰り返し単位中の２つのＲ１のうち少なくとも１つは炭素数１〜１０の炭化水素基である。ｎは０〜１０の整数である。
【００１５】
炭素数１〜１０の炭化水素基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ベンジル基などが挙げられる。中でも、繰り返し単位中の２つのＲ１がメチル基であることが好ましい。
【００１６】
式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、特に限定されないが、２５０〜３００ｇ／ｅｑが好ましい。
【００１７】
式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、例えば、公知の方法に従って製造することができ、メーカーから入手することができる。
【００１８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂と共に、他のエポキシ樹脂を配合することができる。このような他のエポキシ樹脂としては、例えば、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定されず各種のものを用いることができる。
【００１９】
具体的には、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。
【００２０】
さらに具体的には、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのアルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂などの多官能型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型ブロム含有エポキシ樹脂などのブロム含有エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００２１】
なお、式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂は、ブロッキング性を向上させることなどを考慮すると、配合するエポキシ樹脂の全量に対して５質量％以上の範囲で配合することが好ましい。
【００２２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化剤が配合される。硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤などを用いることができる。中でも、硬化性や硬化物の物性などを考慮すると、フェノール樹脂硬化剤が好ましい。
【００２３】
フェノール樹脂硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック型樹脂、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂などのアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂などの多官能型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂などのジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのビスフェノール型樹脂、ビスフェノールＳなどの硫黄原子含有型フェノール樹脂、トリアジン変性ノボラック樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
フェノール樹脂硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ基当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比がこのような範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性を高め、ガラス転移温度の低下を抑制し、耐湿信頼性を高めることができる。
【００２５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤としては、例えば、溶融シリカなどのシリカ、アルミナ、窒化珪素、タルク、炭酸カルシウム、クレーなどを用いることができる。中でも、流動性などを考慮すると、球状溶融シリカが好ましい。
【００２６】
球状溶融シリカとしては、平均粒径３０μｍ以下のものが好ましく、１〜３０μｍのものがより好ましい。なお、平均粒径は、例えば、レーザー回折・散乱法によってメジアン径（ｄ５０）として求めることができる。
【００２７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における無機充填剤の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して１〜８９質量％である。無機充填剤の含有量をこのような範囲内とすることで、成形時の流動特性を損なうことなく熱膨張などを抑制し耐半田性を高めることができる。
【００２８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような成分としては、例えば、硬化促進剤、カップリング剤、離型剤、着色剤、難燃剤、低応力化剤、イオントラップ剤などを用いることができる。
【００２９】
硬化促進剤としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン−５、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７などのシクロアミジン類、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの第３級アミン類、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどの有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
カップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランなどのグリシドキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどのシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３１】
離型剤としては、例えば、カルナバワックスなどの天然ワックス、ポリエチレンワックスなどの合成ワックス、ステアリン酸、モンタン酸、ステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸およびその金属塩、パラフィンなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラックなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３３】
難燃剤としては、例えば、三酸化アンチモン、有機リン化合物などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３４】
低応力化剤としては、例えば、アクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体などのブタジエン系ゴム、シリコーン系ゴム、シリコーンオイルなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３５】
イオントラップ剤としては、例えば、ハイドロタルサイト類化合物、アルミニウム、ビスマス、チタン、およびジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化物などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。例えば、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤、および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダーなどを用いて十分均一になるまで混合する。その後、熱ロールやニーダーなどの混練機により加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００３７】
なお、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、パウダー（粒状）またはグラニュール状に調製され、それらの粒径は、例えば１００〜２３００μｍである。その後、取扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量に打錠したタブレットとしてもよい。
【００３８】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止することにより製造することができる。
【００３９】
本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、例えば、ＤＩＰ、ＺＩＰ、ＳＯＰ、ＳＯＪ、ＱＦＰなどのリードフレームタイプ、ＢＧＡなどの片面封止タイプ、ＣＳＰ、ＴＡＢなどが挙げられる。
【００４０】
本発明の半導体装置は、例えば次のようにして製造される。例えば、半導体素子を搭載したリードフレーム、回路基板などを金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を低圧トランスファ成形法、コンプレッション成形法、インジェクション成形法などの方法で成形硬化することができる。
【００４１】
低圧トランスファ成形法においては、半導体素子が搭載されたリードフレーム、回路基板などを金型のキャビティ内に配置した後、このキャビティ内に溶融状態のエポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入する。溶融した半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、基板上の半導体素子を包み込みながらキャビティ内を流動し、キャビティ内に充満する。
【００４２】
このときの注入圧力は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物や半導体装置の種類に応じて適宜に設定することができるが、例えば４〜７ＭＰａ、金型温度は、例えば１６０〜１９０℃、成形時間は、例えば３０〜３００秒などに設定することができる。
【００４３】
次に、金型を閉じたまま後硬化（ポストキュア）を行った後、型開きして成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を取り出す。このときの後硬化条件は、例えば１６０〜１９０℃で２〜８時間に設定することができる。
【実施例】
【００４４】
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。
【００４５】
表１に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
・式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（Ｒ1が全てメチル基）、エポキシ当量２７１ｇ／ｅｑ、溶融粘度２．３Ｐ（ＩＣＩ粘度 at １５０℃）、軟化点６４℃（ボールディング法）
・ビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学社製「ＹＸ４０００」）
（硬化剤）
フェノールノボラック樹脂（明和化成社製「Ｈ−１Ｍ」）
（無機充填剤）
溶融シリカ（電気化学工業社製「ＦＢ８２０」）
（離型剤）
天然カルナバワックス
（低応力化剤）
シリコーンオイル
（硬化促進剤）
トリフェニルホスフィン
（シランカップリング剤）
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
（着色剤）
カーボンブラック
【００４６】
表１に示す各配合成分を、表１に示す割合で配合し、ブレンダーで３０分間混合し均一化した。その後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕してパウダー状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００４７】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて次の評価を行った。
【００４８】
[スパイラルフロー]
ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準拠したスパイラルフロー測定金型を用いて、次の成形条件で半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形を行い、流動距離（ｃｍ）を測定した。
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ2
成形時間：９０秒
後硬化：１７５℃／６ｈ
スパイラルフローは成形性の目安となり、この値が長いほど流動性が良い材料であることを示す。
【００４９】
[ゲルタイム]
キュラストメータ（オリエンテック社製）を用いて、１６０℃にて半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化トルクを経時的に測定し、硬化トルク値が０．１ｋｇｆになるまでの時間（ｓ）をゲルタイムとして測定した。速硬化性という観点では、この値の大きい方が良好である。
【００５０】
[パウダーブロッキング率]
５００ｇのパウダー状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を２５℃雰囲気下で１日放置し、ブロッキングした分の質量を測定して下記の式で計算した。
パウダーブロッキング率［％］＝ブロッキングした分の質量／初期質量（５００ｇ）×１００
【００５１】
評価結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2013221044.tif 000003
【００５３】
表１より、式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を配合せず他のエポキシ樹脂を用いた比較例１では、パウダーブロッキング率１００％でパウダー全てがブロッキングした。
【００５４】
これに対して、式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を配合した実施例１〜３では、ブロッキング性が大きく向上した。実施例１では、エポキシ樹脂として全て式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を配合したが、この場合はパウダーブロッキング率０％で全くブロッキングが見られなかった。また実施例２、３では、エポキシ樹脂の一部として式（I）で表わされるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂を配合したが、この場合もブロッキングを大きく抑制することが確認された。